DE102005007963A1 - Vegetative stress e.g. tachycardia, level quantification method for autonomous nervous system balance determination, involves obtaining real time parameter representing level as function of variance portions of low and high frequency bands - Google Patents

Vegetative stress e.g. tachycardia, level quantification method for autonomous nervous system balance determination, involves obtaining real time parameter representing level as function of variance portions of low and high frequency bands Download PDF

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Abstract

The method involves converting a heart beat signal (9) into a one-dimensional unequally spaced heart-rate raw signal, which is code converted to equi distant signal. Variance portions representing energy peaks of a heart-rate energy spectrum are assigned to predefined frequency bands. A real time parameter representing a vegetative stress level is determined as a function of the variance portions of low and high frequency bands. An independent claim is also included for a device for quantification of vegetative stress levels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus unter Aufnahme von Herzschlag-Rohsignalen auf der Grundlage vorhandener Routinesensorik von Pulssignalen.The The invention relates to a method and a device for quantification of vegetative stress levels taking up heartbeat raw signals based on existing routine sensor of pulse signals.

In der Akutmedizin werden bereits einige Messparameter standardmäßig zur Überwachung der Lebensfunktionen verwendet. Als Standard für die Überwachung der Lebensfunktionen bzw. der Narkosetiefe bei Patienten in der Akutmedizin, d.h. Notfallmedizin, Intensivmedizin und Anästhesiologie, gilt die repetetive oder kontinuierliche Messung des Blutdrucks, der Herzfrequenz sowie der Bestimmung der Sauerstoffsättigung im Blut – der Pulsoximetrie – gemäß der DGAI-Leitlinie, die in der Druckschrift Anästh. Intensivmedizin 36/1995, S. 250–254 beschrieben ist. Zusätzlich werden neuerdings zur Bestimmung der Narkosetiefe, prozessierte Messwerte aus elektrischen Potentialen, die aus dem Gehirn abgeleitet werden, herangezogen, wie in der Druckschrift Anästh. Intensivmedizin 44/2003, 1, s. 6–30 beschrieben ist.In In acute medicine, some measurement parameters are already standard for monitoring the Used life functions. As standard for monitoring life functions or the depth of anesthesia in patients in acute medicine, i. Emergency Medicine, Intensive care and anaesthesiology, applies the repetitive or continuous measurement of blood pressure, the Heart rate and determination of oxygen saturation in the blood - the Pulse oximetry - according to the DGAI guideline, those in the document Anästh. Intensive Care Medicine 36/1995, pp. 250-254 is described. additionally are now being used to determine the depth of anesthesia, processed Measurements of electrical potentials derived from the brain used, as described in the publication Anästh. Intensivmedizin 44/2003, 1, s. 6-30 is described.

Einzig in der Neurologie werden zur Diagnostik von Erkrankungen des autonomen Nervensystems Verfahren der Herzfrequenzvariabilitätsanalyse herangezogen, die die Bestimmung der Balance des autonomen Nervensystems – Sympathikus gegen Parasympathikus – diagnostisch nutzen, beschrieben in der Druckschrift Ziemssen ÄB Sachsen 8/2001, S. 363-379. Technische Verfahren hierzu sind die Fast-Fourier-Transformation – FFT – oder autoregressive Modelle, die in der Druckschrift Malliani: Principles of Cardiovascular Neural Regulation in Health and Disease, 2000, ISBN 0-7923-7775-3 beschrieben sind. Die beiden Verfahren sind auf eine Äquidistanz der Rohdaten angewiesen. Da diese in der Regel nicht besteht, wird sie gegenwärtig durch Umcodierung künstlich erzeugt.Only in neurology are used to diagnose diseases of the autonomic Nervous system method of heart rate variability analysis used, determining the balance of the autonomic nervous system - sympathetic against parasympathetic nervous system - diagnostic use, described in the publication Ziemssen ÄB Sachsen 8/2001, Pp. 363-379. Technical methods for this are the Fast Fourier Transformation - FFT - or autoregressive Models listed in the publication Malliani: Principles of Cardiovascular Neural Regulation in Health and Disease, 2000, ISBN 0-7923-7775-3 are. The two methods depend on an equidistance of the raw data. Since this does not usually exist, it is currently being transcoded artificially generated.

Wavelet-Funktionen sind periodische mathematische Funktionen von begrenzter Dauer, wie in der Druckschrift Haar, Math. Ann. 69/1910, s.331–371 beschrieben ist, die in der digitalen Signalverarbeitung (engl. Digital Signal Processing – DSP –) eingesetzt werden. Anwendungsgebiete sind vor allem Audio- und Bildbearbeitung sowie Datenkompression und Rauschunterdrückung. An die Art und die Qualität der dort zu verarbeitenden Rohdaten werden keine speziellen Anforderungen gestellt, entsprechend eignen sich diese Funktionen auch zur Analyse diskontinuierlicher Datenströme.Wavelet functions are periodic mathematical functions of limited duration, as in the publication Haar, Math. Ann. 69/1910, p.331-371 which is used in digital signal processing (English Digital Signal Processing - DSP -) become. Application areas are mainly audio and image processing as well as data compression and noise reduction. To the type and quality of there Raw data to be processed will not have any special requirements Accordingly, these functions are also suitable for analysis discontinuous data streams.

Die Probleme bestehen darin, dass im Rahmen der Patientenbetreuung in der Akutmedizin, z.B. Anästhesie, Intensivmedizin, Notfallmedizin und Schmerztherapie – kurz: AINS – die oben angeführten Standardmethoden nicht geeignet sind, frühzeitig das Auftreten von Stress und somit die Gefahr von Durchblutungsstörungen am Herzen zu detektieren. Insbesondere Patienten mit Durchblutungsstörungen der Herzkranzgefäße sind hierdurch erheblich gefährdet.The Problems are that in the context of patient care in acute medicine, e.g. Anesthesia, Intensive care, emergency medicine and pain therapy - in short: AINS - the above Standard methods are not suitable for early onset of stress and thus to detect the risk of circulatory disorders in the heart. Especially Patients with circulatory disorders Are coronary arteries considerably endangered thereby.

Ein Verfahren und ein Gerät zur Messung der Herzfrequenz mit telemetrischer Datenübertragung sind in der Druckschrift EP 0 747 003 B1 beschrieben, wobei folgende Schritte erfolgen:

  • – Messen eines Herzschlagfrequenz-Signals vom zu messenden Gegenstand unter Verwendung einer telemetrischen Übertragungseinheit, die die Signale erfasst und mittels der die Herzschlagdaten durch induktive Kopplung zu einer telemetrischen Empfangseinheit übertragen werden, wobei die Übertragungseinheit gegen den Körper gehalten wird, von dem die Signale erfasst werden,
  • – Speichern der Herzschlagdaten in einer Speichereinrichtung innerhalb der Empfangseinheit,
  • – Übertragen der Herzschlagdaten durch induktive Kopplung von der Empfangseinheit zu einer ersten Datenübertragungseinheit und
  • – Übertragen der Herzschlagdaten von der ersten Datenverarbeitungseinheit zu einer zweiten Datenverarbeitungseinheit,
wobei die Datenübertragung, auch unter Verwendung der induktiven Kopplung, von der ersten Datenverarbeitungseinheit zur Empfangseinheit durchgeführt wird, und dass die Datenübertragung in dieser Richtung durch Zufuhr eines oder mehrerer Einstellparameter von der zweiten Datenverarbeitungseinheit vor der tatsächlichen Herzschlagmessung durchgeführt wird, wobei die Parameter über die erste Datenverarbeitungseinheit zur Empfangseinheit durch induktive Kopplung zwischen der ersten Datenübertragungseinheit und der Empfangseinheit übertragen werden.A method and a device for measuring the heart rate with telemetric data transmission are in the document EP 0 747 003 B1 described, taking the following steps:
  • - Measuring a heartbeat frequency signal from the object to be measured using a telemetric transmission unit which detects the signals and by means of which the heartbeat data are transmitted by inductive coupling to a telemetric receiving unit, wherein the transmission unit is held against the body from which the signals are detected .
  • Storing the heartbeat data in a memory device within the receiving unit,
  • - Transferring the heartbeat data by inductive coupling from the receiving unit to a first data transmission unit and
  • Transferring the heartbeat data from the first data processing unit to a second data processing unit,
wherein the data transmission, also using the inductive coupling, is performed by the first data processing unit to the receiving unit, and that the data transmission in this direction is performed by supplying one or more adjustment parameters from the second data processing unit before the actual heartbeat measurement, the parameters being over the first Data processing unit to the receiving unit by inductive coupling between the first data transmission unit and the receiving unit to be transmitted.

Ein Problem besteht darin, dass ein sehr hoher Aufwand an Einrichtungen zur Datenübertragung und keine zeitnahe Bereitstellung der finalen Daten erfolgen kann.One Problem is that a very high amount of facilities for data transmission and no timely provision of the final data can be made.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur von Messwertverfälschungen bei invasiven Druckmessungen mit flüssigkeitsgefüllten Systemen sind in der Druckschrift DE 198 20 844 A1 beschrieben. Der gemessene Druck wird über das flüssigkeitsgefüllte System zu einem externen Druckwandler geleitet, der das Drucksignal in ein elektrisches Signal umwandelt. Das elektrische Signal wird durch einen Analog-Digital-Wandler geleitet und das digitalisierte Signal wird einer Signalanalyse- und -verarbeitungseinheit zugeführt, die auf der Basis einer digitalen Fourieranalyse arbeitet. Weiterhin wird eine schlagweise Analyse durchgeführt und das Signal auf der Grundlage der schlagweisen Analyse mit empirisch ermittelten Korrekturdaten verknüpft. Die Korrekturdaten werden als Fourierkoeffizienten abgegeben und das von der Signalanalyse- und -verarbeitungseinheit korrigierte Si gnal wird zu einer Ausgabe- und/oder Auswerteeinheit geleitet.A method and a device for correcting measured value distortions in invasive pressure measurements with liquid-filled systems are disclosed in the document DE 198 20 844 A1 described. The measured pressure is passed through the fluid-filled system to an external pressure transducer, which converts the pressure signal into an electrical signal. The electrical signal is passed through an analog-to-digital converter and the digitized signal is fed to a signal analysis and processing unit which operates on the basis of a digital Fourier analysis. Furthermore, a analysis and linked the signal to empirically determined correction data based on the beating analysis. The correction data are output as Fourier coefficients, and the signal corrected by the signal analysis and processing unit is sent to an output and / or evaluation unit.

Ein Problem besteht darin, dass zu viele empirische Korrekturdaten in die Auswertung eingebunden sind, die das finale Ergebnis verfälschen können.One The problem is that too much empirical correction data in the evaluation are involved, which can falsify the final result.

Des Weiteren ist ein Verfahren zur Ermittlung, Überwachung und Aktualisierung von Korrekturdaten für flüssigkeitsgefüllte Übertragungssysteme in der Druckschrift DE 100 99 739 A1 beschrieben, die zur Korrektur von Messwertverfälschungen und zur Kalibrierung von flüssigkeitsgefüllten Übertragungssystemen, über die im Körper eines Patienten erfasste Patientensignale zu einem externen Messwertempfänger übertragen werden, insbesondere für invasive Druckmessungen in der Kardiologie, Intensivmedizin und Anästhesie dient. Die Korrekturdaten werden im Frequenzbereich für jede Frequenz aus der Statistik der bei dieser Frequenz gemessenen Patientensignals gewonnenen Übertragungsfunktion ermittelt. Bei der Ermittlung der Korrekturdaten werden empirisch überprüfte Annahmen über die entsprechende Statistik von unverfälschten Patientensignalen und allgemeinen Eigenschaften der Übertragungsfunktion verwendet.Furthermore, there is a method for detecting, monitoring and updating correction data for fluid-filled transmission systems in the document DE 100 99 739 A1 described in particular for invasive pressure measurements in cardiology, intensive care and anesthesia for the correction of measured value falsifications and for the calibration of fluid-filled transmission systems, are transmitted to a patient in the body of a detected patient signals to an external transducers. The correction data are determined in the frequency domain for each frequency from the statistics of the transfer function measured at this frequency measured patient signal. In determining the correction data, empirically verified assumptions about the corresponding statistics of unadulterated patient signals and general characteristics of the transfer function are used.

Ein Problem besteht darin, dass die Signale im Körper der Patienten erfasst werden. Auch hier ist eine nachträgliche und keine zeitnahe Bereitstellung des finalen Ergebnisses vorhanden.One The problem is that the signals are detected in the patient's body become. Here, too, is a subsequent and no timely provision of the final result available.

Die Herzfrequenz als Biosignal mit einer Anzahl von Rohdaten weist eine Reihe von Besonderheiten auf, die die digitale Signalverarbeitung – DSP – komplizieren.

  • 1. Die Zeitpunkte der Herzschläge werden als Punkte entlang eines Zeitstrahls registriert. Dabei handelt es sich demnach um ein eindimensionales Signal. Eine Umcodierung der Herzschlagdauer in eine schlagweise Herzfrequenz (engl. instantaneous HR) und deren Darstellung in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, wie sie derzeit üblich sind, ändern an der Eindimensionalität der Daten nichts, da zwischen der Position auf der Abszisse und deren Wert auf der Ordinate eine eindeutige Beziehung besteht.
  • 2. Die Herzschlagdauer oder die schlagweise Herzfrequenz kann zwischen zwei Herzschlägen nur einmal bestimmt werden. Eine Registrierung mit höherer Auflösung, eine kontinuierliche Erfassung oder eine rechnerische Interpolation sind infolge des diskontinuierlichen Signals nicht möglich oder nicht definiert.
  • 3. Die Existenz einer Herzfrequenzvariabilität impliziert, dass die Herzschlagdauer sich von Schlag zu Schlag und damit auch der Abstand zwischen den Messzeitpunkten ändert, was als inäquidistantes Signal registriert wird.
  • 4. Der Einsatz herkömmlicher Verfahren zur Frequenzanalyse nach der Druckschrift Malliani, Principles of Cardiovascular Neural Regulation in Health and Disease, 2000, ISBN 0-7923-7775-3 erfordert daher eine Umcodierung des Signals zur Generierung einer zweiten Dimension und Äquidistanzerzeugung. Die Auswirkungen der Umcodierung auf das Ergebnis der Umcodierung sind jedoch nicht vorhersagbar und entsprechend unbekannt.
  • 5. Zudem unterliegt der Frequenzgehalt der Herzfrequenzvariabilität ständiger Veränderung in Form von nichtstationären Signalen. Klassische Verfahren wie die Fourier-Transformation werden dem Anspruch der Nichtstationarität nicht gerecht oder lassen sich nur eingeschränkt an die Bedingungen in Form einer Kurzzeit-Fourier-Transformation (engl. short time FT) anpassen. Eine gezielte Steuerung der Auflösung in Zeit oder Frequenz ist dabei nicht möglich.
The heart rate as a biosignal with a number of raw data has a number of peculiarities that complicate digital signal processing - DSP.
  • 1. The time points of the heartbeats are registered as points along a timeline. This is therefore a one-dimensional signal. A transcoding of the heartbeat duration into an instantaneous HR and its representation in a two-dimensional Cartesian coordinate system, as is currently the case, do not change anything about the one-dimensionality of the data, since the position on the abscissa and its value on the ordinate there is a clear relationship.
  • 2. The heartbeat duration or the heartbeat rate can only be determined once between two heart beats. Higher resolution registration, continuous acquisition or computational interpolation is not possible or undefined due to the discontinuous signal.
  • 3. The existence of heart rate variability implies that the heartbeat duration changes from beat to beat, and thus the distance between the times of measurement, which is registered as an equidistant signal.
  • 4. The use of conventional methods for frequency analysis according to the publication Malliani, Principles of Cardiovascular Neural Regulation in Health and Disease, 2000, ISBN 0-7923-7775-3 therefore requires a transcoding of the signal to generate a second dimension and equidistance generation. However, the effects of transcoding on the result of transcoding are unpredictable and unknown.
  • 5. In addition, the frequency content of heart rate variability is subject to constant change in the form of non-stationary signals. Classical methods such as the Fourier transformation do not meet the claim of non-stationarity or can be adapted only to a limited extent to the conditions in the form of a short-time Fourier transformation (short time FT). Targeted control of the resolution in time or frequency is not possible.

Ein Problem besteht darin, dass das Signal der Herzfrequenz ein eindimensionales Signal ist, dass aufgrund der inäquidistanten Messzeitpunkte nur diskontinuierlich messbar ist. Gleichzeitig erschwert ein zeitlich variabler Frequenzgehalt eine Spektralanalyse mit herkömmlichen Verfahren. Die Folgen der gegenwärtig zur Kompensation dieses Problems durchgeführten Umcodierung der Rohdaten zu äquidistanten Signalen für die Signalqualität sind nicht kalkulierbar und könnten Informationen aus den Rohdaten verzerren. Somit sind die klassischen Verfahren der Herzfrequenzspektralanalyse dadurch limitiert, dass sie von stationären Zeitreihen ausgehend, keine Zuordnung von Frequenz und Zeit erlauben und insbesondere die niedrigen Frequenzbereiche nicht hinreichend genau abbilden.One Problem is that the heart rate signal is a one-dimensional Signal is that due to the equidistant Measuring times can only be measured discontinuously. Simultaneously difficult a time-variable frequency content a spectral analysis with conventional Method. The consequences of the present To compensate for this problem carried out transcoding of the raw data to equidistant ones Signals for the signal quality are not calculable and could Distorting information from the raw data. Thus, the classic Method of heart rate spectral analysis limited by that she from stationary Starting time series, no assignment of frequency and time allow and especially the low frequency ranges are not sufficient exactly picture.

Weiterhin sind die gegenwärtigen Verfahren, die in den Druckschriften Malliani, Principles of Cardiovascular Neural Regulation in Health and Disease, 2000, ISBN 0-7923-7775-3 und Anästh. Intensivmedizin, 42,2001, 9: s. 707–720 beschrieben sind, nicht für eine zeitechte Überwachung ausgelegt, da sie mindesten 200 bis 512 Herzschläge für eine Messung benötigen und damit ausschließlich eine nachträgliche Analyse erlauben und sind somit für die Akutmedizin – wie in AINS aufgelistet – ungeeignet.Farther are the current ones Procedures disclosed in the publications Malliani, Principles of Cardiovascular Neural Regulation in Health and Disease, 2000, ISBN 0-7923-7775-3 and anesthetics. Intensive Care, 42,2001, 9: s. 707-720 are not for one timely monitoring since they require at least 200 to 512 heartbeats for one measurement and with it exclusively an afterthought Allow analysis and are thus for acute medicine - as in AINS listed - unsuitable.

Eine Herzüberwachungsvorrichtung ist in der Druckschrift WO 97/08989 beschrieben, die aufweist

  • – Eingangseinrichtungen zum Aufnehmen eines Elektrokardiographsignals,
  • – Vorverarbeitungseinrichtungen zum Verarbeiten des Elektrokardiographsignals, um Störungen zu unterdrücken und um die Form jedes Impulses des Elektrokardiographsignals zu analysieren, um eine Vielzahl n von Werten zu erhalten, die repräsentativ für die Form jedes Impulses des Elektrokardiographsignals sind,
  • – Speichereinrichtungen zum Speichern einer Vielzahl n von n-dimensionalen Bezugsvektoren,
  • – Neuronale Netzeinrichtungen zum Aufnehmen der Vielzahl n von Werten der Überwachungsphase, zum Bilden eines n-dimensionalen Vektors aus der Vielzahl n von Werten und zum Vergleichen des n-dimensionalen Vektors mit der gespeicherten Vielzahl m von n-dimensionalen Bezugsvektoren, die ein n-dimensionles Volumen definieren, um die Nähe des n-dimensionalen Vektors zum n-dimensionalen Volumen zu bestimmen, und zum Ausgeben einer Anzeige, ob der n-dimensionale Vektor innerhalb oder außerhalb eines Schwellenwertbereiches der n-dimensionalen Bezugsvektoren liegt.
A cardiac monitoring device is described in document WO 97/08989 which has
  • Input means for receiving an electrocardiograph signal,
  • Pre-processing means for processing the electrocardiograph signal to suppress disturbances and the shape of each pulse of the electrocardiograph signal to obtain a plurality n of values representative of the shape of each pulse of the electrocardiograph signal,
  • Memory means for storing a plurality n of n-dimensional reference vectors,
  • Neural network means for receiving the plurality n of values of the monitoring phase, forming an n-dimensional vector of the plurality n of values, and comparing the n-dimensional vector with the stored plurality m of n-dimensional reference vectors which are n-dimensioned Define volumes to determine the proximity of the n-dimensional vector to the n-dimensional volume and output an indication of whether the n-dimensional vector is within or outside a threshold range of the n-dimensional reference vectors.

Die Vorverarbeitungseinrichtungen sind derart angepasst, dass sie eine Fourier-Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation jedes Impulses des Elektrokardiographsignals durchführen können.The Preprocessing devices are adapted to provide a Fourier transform and / or a wavelet transform of each pulse of the electrocardiograph signal carry out can.

Ein Problem besteht darin, dass mit der Wavelet-Transformation jedes einzelnen Impulses nur eine Signalmengenreduktion bzw. Rauschunterdrückung einzelner Impulse zur anschließenden Einspeisung in ein neuronales Netzwerk herbeigeführt wird. Eine schlagübergreifende Analyse der verschiedenen Herzschlag-Einzelsignale innerhalb einer Zeitreihe nach Frequenz und Zeit wird mit der Art der Wavelet- Anwendung in der Herzüberwachungsvorrichtung nicht bewirkt und kann somit nicht durchgeführt werden.One The problem is that with the wavelet transform of each individual impulse only a signal quantity reduction or noise suppression of individual pulses to subsequent Feed into a neural network is brought about. A cross-beat Analysis of different heartbeat signals within one Time series according to frequency and time is used with the type of wavelet application in the Heart monitoring device not effected and thus can not be performed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus anzugeben, das auf der Basis eines fundierten mathematischen Verfahrens einen zuverlässigen Messparameter zeitnah zur Verfügung stellt, der dem Anwender Informationen über den vegetativen Stresszustand des Untersuchten liefert, auch wenn dieser bewusstlos ist und/oder sich in Narkose befindet und/oder künstlich beatmet wird.Of the Invention is based on the object, a method and a device for the quantification of vegetative stress levels the basis of a well-founded mathematical procedure a reliable measurement parameter promptly available provides the user with information about the vegetative stress state even if the patient is unconscious and / or is under anesthesia and / or is being artificially ventilated.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 25 gelöst. In dem Verfahren zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus unter Aufnahme von Herzschlag-Rohsignalen auf der Grundlage vorhandener Routinesensorik von Pulssignalen werden gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 Schwingungsanteile eines inäquidistanten Herzfrequenz-Rohsignals sowohl in Zeit als auch Frequenz lokalisiert und anschließend prozessiert und in einen das vegetative Stressniveau S bestimmenden Parameter V umgesetzt, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

  • – Aufnahme eines Herzschlag-Signals, das mit einer Aufnahmerate zwischen 20 und 1000 Hz erfasst wird,
  • – Bestimmung eines robusten, extremalen herzschlagidentifizierenden Punktes der Kurve, zu dem lokale Maxima oder Minima der Kurven selbst oder ihrer mathematischen Ableitungen zählen,
  • – Umsetzung in ein eindimensionales inäquidistantes Herzfrequenz-Rohsignal,
  • – schrittweise Abtastung des eindimensionalen inäquidistanten Herzfrequenz-Rohsignals mit unterschiedlichen Skalierungen und Translationen eines Mutter-Wavelets,
  • – Umsetzung der so erhaltenen vollständigen Information in ein Herzfrequenz-Energiespektrum,
  • – Zerlegung des Herzfrequenz-Energiespektrums in einzelne Gipfel,
  • – Quantifizierung der verschiedenen Energiegipfel durch Integration und/oder nach maximalem Energiegehalt,
  • – Zuordnung der durch Energiegipfel repräsentierten Varianzanteile zu vorgegebenen Frequenzbändern innerhalb eines Zeitfensters,
  • – Zuordnung von innerhalb des gleichen Zeitfensters auftretenden Varianzanteilen LF des niedrigen Frequenzbandes zu Varianzanteilen HF hohen Frequenzbandes,
  • – Ermittlung und Ausgabe des Parameters V als Funktion der Varianzanteile LF des niedrigen Frequenzbandes und der Varianzanteile HF hohen Frequenzbandes.
The object is achieved with the features of claims 1 and 25. In the method for the quantification of vegetative stress levels taking up heartbeat raw signals based on existing routine sensor of pulse signals according to the characterizing part of claim 1 oscillation components of a equidistant heart rate raw signal in both time and frequency are localized and then processed and the vegetative stress level S determining parameter V, wherein the following steps are performed:
  • Recording a heartbeat signal recorded at a rate of 20 to 1000 Hz,
  • Determination of a robust, extremal heartbeat identifying point of the curve, which includes local maxima or minima of the curves themselves or their mathematical derivatives,
  • Conversion into a one-dimensional equidistant heart rate raw signal,
  • Stepwise sampling of the one-dimensional equidistant heart rate raw signal with different scaling and translations of a mother wavelet,
  • Conversion of the thus obtained complete information into a heart rate energy spectrum,
  • - decomposition of the heart rate energy spectrum into individual peaks,
  • - quantification of the various energy peaks through integration and / or maximum energy content,
  • Assignment of the variance components represented by energy peaks to predetermined frequency bands within a time window,
  • Assignment of variance components LF of the low frequency band occurring within the same time window to variance components HF of high frequency band,
  • Determination and output of the parameter V as a function of the variance components LF of the low frequency band and the components of variance HF of high frequency band.

Als vorgegebene Frequenzbänder können

  • – ein niedriges Frequenzband LF (engl. low frequency) bei 0,04–0,15 Hz und
  • – ein hohes Frequenzband HF (engl. high frequency) mit ≥ 0,15 Hz
festgelegt werden.As predetermined frequency bands can
  • A low frequency band LF at 0.04-0.15 Hz and
  • A high frequency band HF (high frequency) with ≥ 0.15 Hz
be determined.

Als Mutter-Wavelet kann ein komplexes Morlet-Wavelet eingesetzt werden, das eine mittig spiegelsymmetrische Schwingung darstellt.When Mother wavelet can be used a complex Morlet wavelet, which represents a centrally mirror-symmetrical oscillation.

Die Bestimmung eines insbesondere robusten schlagidentifizierenden Punktes der Kurve kann im Falle des Blutdrucks selbst oder Blutdruck und/oder Blutfluss abhängiger Signale, wie in der Plethysmografie, Pulsoximetrie, etc. durch eine Artefakteliminierung begleitet werden.The Determination of a particularly robust impact-identifying point the curve may be in the case of blood pressure itself or blood pressure and / or Blood flow dependent Signals, as in plethysmography, pulse oximetry, etc. by a Accompanied by artifact elimination.

Die Umsetzung in das inäquidistante Herzfrequenz-Rohsignal kann vorzugsweise aus einem Elektrokardiogramm abgeleitet werden.The Implementation in the equidistant Heart rate raw signal may preferably be from an electrocardiogram be derived.

Der Parameter V in Form einer Verhältniszahl V = LF/HF aus den Varianzanteilen LF und den Varianzanteilen HF spiegelt die Balance des vegetativen Nervensystems wider. Je größer z.B. das Verhältnis V mit LF/HF ist, desto größer ist das vegetative Stressniveau S.The parameter V in the form of a ratio The number V = LF / HF from the variance components LF and the variance components HF reflects the balance of the autonomic nervous system. For example, the greater the ratio of V to LF / HF, the greater is the vegetative stress level S.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ebenso abnorme Herzschläge, z.B. Arrhythmien und/oder Extrasystolen erkannt werden. Die Erkennung ist eine Voraussetzung dafür, ein Verfahren, Verfahrensschritte, also mindestens einen Vorgang einzubinden, der die hierdurch verursachten Störungen des Herzfrequenz-Energiespektrums eliminiert. Durch die Eliminierung der Extrasystolen-Effekte kann die Analysequalität erheblich verbessert werden. Zweckmäßig ist eine abschnittsweise Analyse des Herzfrequenzsignals oder die Entwicklung eines die Störung beschreibenden, mathematischen Modells zur Berechnung der Korrekturdaten.With the method according to the invention can equally abnormal heartbeats, e.g. Arrhythmias and / or extrasystoles are detected. The detection is a prerequisite for a method of integrating process steps, ie at least one process, the resulting disturbances of the heart rate energy spectrum eliminated. By eliminating the extrasystole effects can the analytical quality be significantly improved. Appropriately, a section wise Analysis of the heart rate signal or the development of a disorder describing mathematical model for calculating the correction data.

Dabei können in einfacher Weise vorzugsweise aus den ermittelten Werten oder Bereichen Vk, Ve, V0, V1, V2 des Parameters V zugeordnete Werte oder Bereiche Sk, Se, S0, S1, S2 des vegetativen Stressniveaus S bestimmt und ausgegeben werden.In this case, values or regions S k , S e , S 0 , S 1 , S 2 of the vegetative stress level assigned to one another can preferably be determined in a simple manner from the determined values or regions V k , V e , V 0 , V 1 , V 2 S determined and issued.

Die Aufgabe wird des Weiteren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 25 gelöst. In der Einrichtung zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus unter Aufnahme von Herzschlag-Rohsignalen auf der Grundlage vorhandener Routinesensorik von Pulssignalen sind gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 25 folgende Einheiten vorhanden:

  • – eine Einrichtung zur Herzschlagmessung,
  • – ein Analog-Digital-Wandler, der mit der Einrichtung zur Herzschlagmessung in Verbindung steht und an den der gemessene Herzschlag/Puls in Form eines Herzschlagsignals signaltechnisch geführt wird,
  • – eine Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit, die dem Analog-Digital-Wandler verbunden nachgeordnet ist und aus dem Herzschlagsignal ein Herzfrequenzsignal erzeugt,
  • – eine Recheneinheit, die der Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit nachgeschaltet ist und aus dem Herzfrequenzsignal über den Zwischenschritt eines Herzfrequenz-Energiespektrums einen oder mehrere Messwerte bereitstellt, und
  • – eine Ausgabeeinheit, die der Recheneinheit ausgangsseitig zur Ausgabe der zeitnahen Parameter V sowie der zugehörigen Stressniveaus S nachgeordnet ist,
wobei die Kombination aller Baugruppen eine Einrichtung zur Bestimmung eines oder mehrerer das vegetative Stressniveau S festlegender Parameter V darstellt.The object is further achieved by the features of claim 25. In the device for the quantification of vegetative stress levels taking up heartbeat raw signals on the basis of existing routine sensors of pulse signals according to the characterizing part of claim 25, the following units are present:
  • A device for heart rate measurement,
  • An analog-to-digital converter which is connected to the device for heart rate measurement and to which the measured heartbeat / pulse is signaled in the form of a heartbeat signal,
  • A beat identification and detection unit connected downstream of the analog-to-digital converter and generating a heart rate signal from the heartbeat signal,
  • A computing unit which is connected downstream of the beat identification and detection unit and provides one or more measured values from the heart rate signal via the intermediate step of a heart rate energy spectrum, and
  • An output unit, which is arranged downstream of the arithmetic unit for outputting the timely parameters V and the associated stress levels S,
wherein the combination of all assemblies is a means for determining one or more vegetative stress level S defining parameters V.

Zwischen dem Analog-Digital-Wandler und der Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit kann eine Korrektureinheit eingeschaltet sein.Between the analog-to-digital converter and the impact identification and detection unit a correction unit be turned on.

Die Einrichtung zur Herzschlagmessung kann mit zugehörigen Sensoren oder Sensorfeldern und Transpondern oder Übertragungseinrichtungen/Steuereinrichtungen versehen sein.The Device for heart rate measurement can with associated sensors or sensor fields and Transponders or transmission devices / control devices be provided.

Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.further developments and further embodiments of the invention are specified in further subclaims.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit mehreren Zeichnungen näher erläutert.The Invention is based on embodiments closer with several drawings explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Ablaufschema der Signalgewinnung und -prozessierung des Herzfrequenzsignals aus kontinuierlich gemessenen Herzschlagsignalen wie z.B. Blutdruck, Elektrokardiogramm – EKG –, Pulsoxymetrie oder weiteren Signalen, die den Herzschlag abbilden können. 1 a flow chart of the signal acquisition and processing of the heart rate signal from continuously measured heartbeat signals such as blood pressure, electrocardiogram - ECG -, pulse oximetry or other signals that can map the heartbeat.

2 eine Darstellung von Signalfolgen zur Abbildung von Herzschlägen auf einem Überwachungsbildschirm sowie Beispiele für Messpunkte zur Schlagerkennung (eingekreist gezeichnet) 1.1 bis 3.3. bei verschiedenen Messverfahren – mit EKG I, mit Blutdruckkurve II, mit Oxymetriekurve III –, 2 a representation of signal sequences for mapping heart beats on a monitoring screen and examples of measurement points for stroke detection (circled drawn) 1.1 to 3.3 , in different measuring methods - with ECG I, with blood pressure curve II, with oximetry curve III -,

3 eine Darstellung eines aus dem Verfahren gewonnenen Herzfrequenz-Energiespektrums, 3 a representation of a heart rate energy spectrum obtained from the method,

4 eine Darstellung von aus dem Herzfrequenz-Energiespektrum gewonnenen Ausgabewerten im Rahmen einer Operation, wobei das geschwärzte Pfeildreieck den Operationsbeginn bezeichnet, wobei der Verlauf des LF/HF-Quotienten über die Zeit den Interventionsbedarf anzeigt und es wird ebenso der Erfolg der schmerztherapeutischen Maßnahme (Spritzensymbol, z.B. Epiduralanalgesie) dokumentiert, 4 an illustration of output values obtained from the heart rate energy spectrum in the course of an operation, wherein the blackened arrow triangle designates the start of operation, whereby the course of the LF / HF quotient over time indicates the need for intervention and also the success of the pain therapy measure (syringe symbol, eg epidural analgesia),

5 eine Parameter (V)-Stressniveau (S)-Funktionsdarstellung mit Benennung und Interpretation der Messwertbereiche, 5 a parameter (V) stress level (S) function representation with naming and interpretation of the measured value ranges,

6 eine Verlaufsdarstellung des Parameters V während verschiedener Abschnitte t1 bis t7 der perioperativen Phase, 6 a progression representation of the parameter V during various sections t1 to t7 of the perioperative phase,

7 eine Darstellung einer vegetativen Stressanalyse und Therapiesteuerung im Operationssaal, 7 a presentation of a vegetative stress analysis and therapy control in the operating theater,

8 eine Darstellung einer vegetativen Stressanalyse und Therapiesteuerung auf einer Intensivstation, 8th a presentation of a vegetative stress analysis and therapy control in an intensive care unit,

9 eine Steuereinrichtung eines Fahrzeuges mit zwei Sensorfeldern im Lenkrad und einem Sensorfeld im Schaltknüppel, 9 a control device of a vehicle with two sensor fields in the steering wheel and a sensor field in the gear lever,

10 eine langärmlige Unterwäsche oder Funktionswäsche mit mindestens zwei Sensorfeldern und einem Transponder, 10 a long-sleeved underwear or functional underwear with at least two sensor fields and a transponder,

11 einen Büstenhalter mit mindestens zwei Sensorfeldern zur EKG-Ableitung und einem Transponder, 11 a brassiere with at least two sensor fields for ECG derivation and a transponder,

12 einen Trägershirt mit mindestens zwei Sensorfeldern und einem Transponder, 12 a tank top with at least two sensor fields and a transponder,

13 ein T-Shirt mit mindestens zwei Sensorfeldern und einem Transponder und 13 a T-shirt with at least two sensor fields and a transponder and

14 Darstellungen von Einsatzmöglichkeiten der Stressanalyse. 14 Representations of possible uses of the stress analysis.

In 1 ist schematisch eine Einrichtung zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus unter Aufnahme von Herzschlag-Rohsignalen auf der Grundlage vorhandener Routinesen sorik von Pulssignalen dargestellt, bei der der Patient 1 an mindestens eine Einrichtung 2 zur Herzschlagmessung angeschlossen ist. Der Herzschlag/Puls 3 wird anhand mindestens einer der Einrichtungen mit verschiedenen Messverfahren 21, 22, 23, 24 in einem Herzschlagsignal 3a, wie in 2 gezeigt ist, aufgezeichnet, das an einen Analog-Digital-Wandler 4 geführt wird. Dem Analog-Digital-Wandler 4 nachgeordnet ist eine Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit 5, die aus dem Herzschlagsignal 3a ein Herzfrequenzsignal 9 erzeugt. Zwischen dem Analog-Digital-Wandler 4 und der Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit 5 kann eine Korrektureinheit 6 eingeschaltet sein. Der Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit 5 ist eine Recheneinheit 7 nachgeschaltet, die aus dem Herzfrequenzsignal über den Zwischenschritt eines Herzfrequenz-Energiespektrums einen oder mehrere Messwerte bereitstellt. Die Recheneinheit 7 ist ausgangsseitig mit einer Ausgabeeinheit 8 zur Ausgabe der zeitnahen Parameter V und/oder des vegetativen Stressniveaus 5 verbunden. Die Kombination aller Baugruppen 2, 4, 5, 6, 7, 8 kann eine Einrichtung zur Bestimmung eines oder mehrerer das vegetative Stressniveau S festlegender Parameter V darstellen, z.B. Gesamtspektralenergie, LF/HF-Verhältnis etc.In 1 Fig. 1 schematically illustrates an apparatus for quantifying vegetative stress levels by recording heartbeat raw signals based on existing routine soric of pulse signals in which the patient 1 to at least one institution 2 connected to the heart rate measurement. The heartbeat / pulse 3 is based on at least one of the facilities with different measurement methods 21 . 22 . 23 . 24 in a heartbeat signal 3a , as in 2 is shown, connected to an analog-to-digital converter 4 to be led. The analog-to-digital converter 4 downstream is a strike identification and detection unit 5 that's from the heartbeat signal 3a a heart rate signal 9 generated. Between the analog-to-digital converter 4 and the strike identification and detection unit 5 can be a correction unit 6 to be on. The impact identification and detection unit 5 is an arithmetic unit 7 downstream, which provides one or more measured values from the heart rate signal via the intermediate step of a heart rate energy spectrum. The arithmetic unit 7 is the output side with an output unit 8th to output the timely parameters V and / or the vegetative stress level 5 connected. The combination of all modules 2 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th may represent a device for determining one or more parameters V defining the vegetative stress level S, eg total spectral energy, LF / HF ratio etc.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Einrichtung zur Bestimmung des Parameters V erläutert:
Der Patient 1 wird mit einer Einrichtung 2 zur Herzschlagmessung in Verbindung gebracht. Als Einrichtung 2 zur Herzschlagmessung können der gemessene Blutdruck in einem Druckwandler 21, ein Elektrokardiogramm – EKG – 22, die Ergebnisse der Pulsoxymetrie 23 oder weitere Biosignale 24, die den Herzschlag 3 abbilden können, eingesetzt werden. Der Analog-Digital-Wandler 4 gibt die Herzschlagsignale in digitaler Form weiter.In the following, the mode of operation of the device for determining the parameter V is explained:
The patient 1 comes with a device 2 related to the heart rate measurement. As a device 2 For heart rate measurement, the measured blood pressure in a pressure transducer 21 , an electrocardiogram - ECG - 22 , the results of pulse oximetry 23 or other biosignals 24 that the heartbeat 3 can be used. The analog-to-digital converter 4 gives the heartbeat signals in digital form.

In der Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit 5 werden charakteristische Punkte der jeweiligen Kurven, wie in 2 gezeigt ist, identifiziert, die robust gegen Messartefakte sind: das EKG I mit den Punkten 1.1 auf der R-Zacke; QRS-Komplex; Pulsaufzeichnungsverfahren II, z.B. Druckmessung in Blutgefäßen, Pulsoyxmetrie III, Plethysmografie, Tonometrie, Sonografie, Doppler-, Impedanz- und sonstige Pulsmessverfahren, wobei die Punkte jeweils lokale Minima 2.3, 3.3 innerhalb der negativen Halbwelle des jeweils bandpassgefilterten Signals 2.1 oder 3.1 oder lokale Maxima 2.2, 3.3 oder andere charakteristische Punkte – z.B. Wendepunkte – der Kurve darstellen können.In the impact identification and detection unit 5 become characteristic points of the respective curves, as in 2 is identified, which are robust against measuring artifacts: the ECG I with the points 1.1 on the R wave; QRS complex; Pulse recording method II, eg pressure measurement in blood vessels, pulse osmometry III, plethysmography, tonometry, sonography, Doppler, impedance and other pulse measurement methods, the points each having local minima 2.3 . 3.3 within the negative half cycle of each bandpass filtered signal 2.1 or 3.1 or local maxima 2.2 . 3.3 or other characteristic points - eg turning points - of the curve.

Die zeitlichen Abstände der festgelegten, robusten und extremalen Punkte auf den jeweiligen Kurven definieren die Zeit dti, die während eines einzelnen Herzzyklus verstreicht, und sind unabhängig vom Detektionsverfahren bei der zeitsynchronen Signalaufnahme innerhalb einzelner Herzschlagabstände gleich groß, variieren aber zwischen den aufeinander folgenden Herzzyklen, d.h. dti ≠ dti+l.The time intervals of the fixed, robust and extreme points on the respective curves define the time dt i that elapses during a single cardiac cycle, and are the same regardless of the detection method in the time-synchronous signal recording within individual heartbeat intervals, but vary between successive cardiac cycles, ie dt i ≠ dt i + l .

In der Recheneinheit 7 werden mit programmtechnischen Mitteln Wavelets als periodische Funktionen mit begrenzter Dauer eingesetzt. Durch den Einsatz der kontinuierlichen Wavelet-Transformation erfolgt eine schrittweise Abtastung des Herzfrequenzsignales 9 mit unterschiedlichen Skalierungen eines Mutter-Wavelets, z.B. des komplexen Morlet Wavelets. Somit können die Rohdaten ohne Umkodierungen und ohne Äquidistanzerzeugung verarbeitet werden. Es erfolgt eine Lokalisation von Schwingungsanteilen in Zeit und Frequenz.In the arithmetic unit 7 are used by program means wavelets as periodic functions with limited duration. Through the use of the continuous wavelet transformation, a stepwise sampling of the heart rate signal takes place 9 with different scaling of a parent wavelet, eg the complex Morlet wavelet. Thus, the raw data can be processed without recoding and without equidistance generation. There is a localization of vibration components in time and frequency.

Anschließend erfolgt gegebenenfalls eine Gipfelerkennung sowie eine Zuordnung dieser Spektralgipfel zu einem Hochfre quenzband (engl. high frequency) mit ≥ 0,15 Hz oder einem niedrigen Frequenzband (engl. low frequency) mit 0,04–0,15 Hz.Then done optionally a summit detection and an assignment of these Spectral peak to a Hochfre quenzband (English high frequency) with ≥ 0.15 Hz or a low frequency band (0.04-0.15 Hz).

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus unter Aufnahme von Herzschlag-Rohsignalen auf der Grundlage vorhandener Routinesensorik 2 von Pulssignalen 3a, wie in 2 gezeigt ist, werden Schwingungsanteile eines aus den Pulssignalen 3a erhaltenen inäquidistanten Herzfrequenz-Rohsignals sowohl in Zeit als auch Frequenz lokalisiert und anschließend prozessiert und in einen das vegetative Stressniveau S bestimmenden Parameter V umgesetzt,
wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

  • – Aufnahme eines Herzschlag-/Pulssignals 3a, das mit einer Aufnahmerate zwischen 20 und 1000 Hz in einer Kurve erfasst wird,
  • – Bestimmung des spätesten lokalen Minimums des Blutdrucks innerhalb der negativen Halbwelle des bandpassgefilterten Blutdrucksignals als schlagidentifizierenden Punkt auf der Kurve,
  • – Umsetzung in ein eindimensionales inäquidistantes Herzfrequenz-Rohsignal 9,
  • – schrittweise Abtastung des eindimensionalen inäquidistanten Herzfrequenz-Rohsignals 9 mit unterschiedlichen Skalierungen und Translationen eines komplexen Morlet-Wavelets als Mutter-Wavelet,
  • – Umsetzung der so erhaltenen vollständigen Information in ein Herzfrequenz-Energiespektrum 38, wie in 3 gezeigt ist,
  • – Zerlegung des Herzfrequenz-Energiespektrums 38 in einzelne Gipfel 38a oder 38b,
  • – Bestimmung eines Maßes für jeden Varianzanteil, z.B. das Maximum des zugehörigen Gipfels 38a oder 38b,
  • – Zuordnung der Gipfel 38a oder 38b zu vorgegebenen abgegrenzten Frequenzbereichen, z.B. LF-Varianzanteile im niedrigen Frequenzband (engl. low frequency) mit 0,04–0,15 Hz und HF-Varianzanteile im Hochfrequenzband (engl. high frequency) mit ≥ 0,15 Hz,
  • – Zusammenfassung der Maße der jeweiligen Varianzanteile LF und HF getrennt nach Frequenzbändern, z.B. durch Summation,
  • – Zuordnung von innerhalb des gleichen Zeitfensters auftretenden zusammengefassten Maßen der Varianz in den Frequenzbändern,
  • – Ermittlung und Ausgabe des Parameters V als Verhältniszahl V = LF/HF zwischen den zusammengefassten Maßen der Varianz LF, HF im niedrigen und im hohen Frequenzband.
In the method according to the invention for the quantification of vegetative stress levels taking up heartbeat raw signals on the basis of existing routine sensor technology 2 of pulse signals 3a , as in 2 is shown, vibration components of one of the pulse signals 3a obtained in equidistant heart rate heart rate signal both in time and frequency localized and then processed and in a vegetative Stress level S determining parameter V implemented,
taking the following steps:
  • - Recording a heartbeat / pulse signal 3a which is recorded at a take-up rate between 20 and 1000 Hz in a curve,
  • Determination of the latest local minimum of the blood pressure within the negative half cycle of the bandpass filtered blood pressure signal as the impact identifying point on the curve,
  • - Implementation into a one-dimensional equidistant heart rate raw signal 9 .
  • Stepwise scanning of the one-dimensional equidistant heart rate raw signal 9 with different scaling and translations of a complex Morlet wavelet as parent wavelet,
  • - Implementation of the thus obtained complete information in a heart rate energy spectrum 38 , as in 3 is shown
  • - Decomposition of the heart rate energy spectrum 38 in single peaks 38a or 38b .
  • Determination of a measure for each variance component, eg the maximum of the associated peak 38a or 38b .
  • - Allocation of the summits 38a or 38b at predetermined delimited frequency ranges, eg LF variance components in the low frequency band (0.04-0.15 Hz) and HF variance components in the high frequency band (≥ 0.15 Hz),
  • - Summary of the dimensions of the respective variance components LF and HF separated according to frequency bands, eg by summation,
  • Assignment of combined measures of the variance in the frequency bands occurring within the same time window,
  • - Determination and output of the parameter V as a ratio V = LF / HF between the combined measures of the variance LF, HF in the low and in the high frequency band.

In 5 ist dazu eine zugehörige Parameter(V)-Stressniveau(S)-Funktionsdarstellung gezeigt, wobei bei den Werten V0 und S0 normale Herzfunktionen und ein zugehöriges normales Stressniveau vorhanden sind. Abweichungen vom Wert S0 des normalen Stressniveaus werden durch eine Auslenkung weg vom Parameterwert V0 der normalen Herzfunktion wiedergegeben, wodurch die erhaltenen und gespeicherten Messwerte entsprechend 5 abgerufen werden können. Bereichen des Parameters V mit Vk, Ve, V0, V1, V2 sind entsprechende Bereiche Sk, Se, S0, S1, S2 des Stressniveaus S zugeordnet. In 5 ergibt sich eine Proportionalitäts-Kurve zwischen dem Parametern V und den unterschiedlichen Stressniveaus S.In 5 For this purpose, an associated parameter (V) stress level (S) function representation is shown, wherein at the values V 0 and S 0 normal heart functions and an associated normal stress level are present. Deviations from the value S 0 of the normal stress level are represented by a deflection away from the parameter value V 0 of the normal heart function, whereby the obtained and stored measured values correspond 5 can be retrieved. Regions of the parameter V with V k , V e , V 0 , V 1 , V 2 are associated with corresponding regions S k , S e , S 0 , S 1 , S 2 of the stress level S. In 5 results in a proportionality curve between the parameter V and the different stress levels S.

Die Erfindung ermöglicht es, dass infolge der Verwendung der Routinesensorik mit den Einrichtungen 2 zur Herzschlagmessung kein zusätzlicher Sensor am/im Patienten 1 an- und/oder eingebracht werden muss, was keine zusätzliche Risikobelastung für den Patienten 1 bedeutet.The invention makes it possible, as a result of the use of the routine sensor system with the devices 2 for heart rate measurement no additional sensor on / in the patient 1 and / or introduced, which no additional risk burden for the patient 1 means.

In 6 ist eine Verlaufsdarstellung des Parameters V während verschiedener Abschnitte der perioperativen Phase dargestellt. Der Parameter V zeigt die zeitliche Änderung t1 bis t7 des Stressniveaus S eines Patienten 1 an, wobei Bereiche des Parameters V mit Vk, Ve, V0, V1, V2 entsprechende Bereiche Sk, Se, S0, S1, S2 des Stressniveaus S wie in 5 zugeordnet sind.In 6 Fig. 12 is a plot of the parameter V during various portions of the perioperative phase. The parameter V shows the temporal change t1 to t7 of the stress level S of a patient 1 , wherein regions of the parameter V with V k , V e , V 0 , V 1 , V 2 corresponding areas S k , S e , S 0 , S 1 , S 2 of the stress level S as in 5 assigned.

In 7 ist in Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine vegetative Stressanalyse und Therapiesteuerung im Operationssaal und analog dazu, wie in 8 gezeigt ist, auf einer Intensivstation dargestellt. Der Puls 3 des Patienten 1 wird über eine Kanüle 10 in einer oder mehreren Schlagadern über flüssigkeitsgefüllte Schläuche 11 Druckwandlern 21 zugeführt. Das dort erzeugte analoge Herzschlag/Pulssignal 3a wird in einem Analog-Digital-Wandler 4 mit einer Aufnahmerate zwischen 20 und 1000 Hz digitalisiert und wahlweise über eine Korrektureinheit 6 für die Signale an ein Monitoringsystem 12 weitergeleitet. Die sich anschließende Schlagidentifizierungseinheit 5 stellt ein Herzfrequenzsignal 9 bereit. Die Recheneinheit 7 erzeugt daraus ein Herzfrequenz-Energiespektrum 38 mit einer nachfolgenden Aufspaltung in Frequenzanteile und deren Zuordnung zu abgegrenzten Frequenzbereichen mittels programmtechnischer Mittel. Aus den Frequenzanteilen der einzelnen Frequenzbereiche sowie der daraus ableitbaren G rößen, z.B. Summen und Verhältniszahlen ergeben sich ein oder mehrere Parameter V als Maßzahlen für das vegetative Stressniveau S des Patienten 1, das gemäß der V-S-Kurve in 5 bzw. 6 ausgegeben wird. Als Einrichtungen 2 zur Herzschlagmessung kommen gege benenfalls elektrische Potentialschwankungen bei Aufnahme mit dem Elektrokardiogramm 22 auf der Körperoberfläche, die mit Hilfe von Elektroden 13 abgeleitet werden, sowie pulsoxymetrische Signale 14 oder Atemgasanalyten aus dem Narkose-/-beatmungsgerät 15 in Frage.In 7 is in application of the method according to the invention a vegetative stress analysis and therapy control in the operating room and analogous thereto, as in 8th shown is shown in an intensive care unit. The pulse 3 of the patient 1 is via a cannula 10 in one or more arteries over fluid filled tubing 11 pressure transducers 21 fed. The analogue heartbeat / pulse signal generated there 3a is in an analog-to-digital converter 4 digitized with a recording rate between 20 and 1000 Hz and optionally via a correction unit 6 for the signals to a monitoring system 12 forwarded. The subsequent impact identification unit 5 Represents a heart rate signal 9 ready. The arithmetic unit 7 generates a heart rate energy spectrum from this 38 with a subsequent splitting into frequency components and their assignment to delimited frequency ranges by means of program technology. From the frequency components of the individual frequency ranges as well as the quantities derived therefrom, for example sums and ratios, one or more parameters V result as parameters for the vegetative stress level S of the patient 1 , which according to the VS curve in 5 respectively. 6 is issued. As facilities 2 for heart rate measurement, where appropriate, electrical potential fluctuations when recorded with the electrocardiogram 22 on the body surface, with the help of electrodes 13 derived as well as pulse oxymetric signals 14 or respiratory gas analytes from the anesthesia / respiratory device 15 in question.

Ein Anästhesist 16 kann den angezeigten Parameter V zur Abschätzung des Stressniveaus S sowie weitere prozessierte Daten werten und daraufhin angemessene Therapiemaßnahmen einleiten. Es kann auch gemäß 5 der Wert S oder einer der Bereiche Sk, Se, S0, S1, S2 des vegetativen Stressniveaus über die Ausgabeeinheit 8 oder das Monitoringsystem 12 angezeigt werden.An anesthesiologist 16 can value the displayed parameter V for the assessment of the stress level S and other processed data values and then initiate appropriate therapeutic measures. It can also be done according to 5 the value S or one of the areas S k , S e , S 0 , S 1 , S 2 of the vegetative stress level via the output unit 8th or the monitoring system 12 are displayed.

Des Weiteren stellen die Operateure 17 für die vegetative Balance des Patienten 1 eine Störgröße dar und können durch ihre Maßnahmen Stress auslösen. Die Kompensation des Stresses obliegt dem Anästhesisten 16.Furthermore, the surgeons represent 17 for the vegetative balance of the patient 1 are a disruptive factor and can trigger stress through their measures. The compensation of the stress is incumbent the anesthesiologist 16 ,

In 8 ist als weiterer Anwendungsfall eine vegetative Stressanalyse und Therapiesteuerung auf einer Intensivstation dargestellt. Dort wird der Puls 3 für die Analyse des vegetativen Stressniveaus des Patienten 1 über Kanüle 10 in einer oder mehreren Schlagadern über flüssigkeitsgefüllte Schläuche 11 jeweils einem Druckwandler 21 zugeführt, die ihr analoges Herzschlag-/Pulssignal 3a über einen Analog-Digital-Wandler 4 und wahlweise über eine Korrektureinheit 6 an ein Monitoringsystem 12 weiterleiten. Die digitalen Daten werden über die Schlagidentifizierungseinheit 5 an die Recheneinheit 7 weitergeleitet und hier zu einem Parameter V als Maß für den vegetativen Stress S des Patienten 1 prozessiert. Die Recheneinheit 7 enthält zur Ermittlung den Parameter V programmtechnische Mittel, die mit der Wavelet-Transformation zur Analyse der Schwingungsanteile nach Frequenz und Zeit arbeiten.In 8th is shown as a further application, a vegetative stress analysis and therapy control in an intensive care unit. There is the pulse 3 for the analysis of the vegetative stress level of the patient 1 via cannula 10 in one or more arteries over fluid filled tubing 11 each a pressure transducer 21 fed to her analog heartbeat / pulse signal 3a via an analog-to-digital converter 4 and optionally via a correction unit 6 to a monitoring system 12 hand off. The digital data is transmitted via the beat identification unit 5 to the arithmetic unit 7 forwarded and here to a parameter V as a measure of the vegetative stress S of the patient 1 processed. The arithmetic unit 7 contains for determining the parameter V programmatic means that work with the wavelet transform for analyzing the vibration components by frequency and time.

Das aus dem Verfahren gewonnene Herzfrequenz-Energiespektrum 38 ist in 3 über die Zeit X-Achse: Zeitachse [s]; Y-Achse: Spektrale Energie [1/s–2]; Z-Achse: Frequenz [1/s] dargestellt. Hei relativ gleich bleibenden Energiewerten um 0,17 Hz (HF zugeordnetes Band) 38a treten intermittierend Spitzen von LF-Anteilen um 0,05 Hz (LF zugeordnetes Band) 38b auf. Zu diesen Zeitpunkten erhöht sich die Verhältniszahl V von LF/HF und weist ein erhöhtes Stressniveau aus.The heart rate energy spectrum gained from the procedure 38 is in 3 over time X-axis: time axis [s]; Y axis: spectral energy [1 / s -2 ]; Z axis: frequency [1 / s] shown. Hei relatively constant energy values around 0.17 Hz (HF assigned band) 38a Intermittent peaks of LF components occur around 0.05 Hz (LF assigned band) 38b on. At these times, the ratio V of LF / HF increases and exhibits an increased level of stress.

Die Aufnahme des Pulses 3 zur Festlegung der niedrigen und der hohen Frequenzanteile kann mit folgenden, in Fahrzeuge oder in Kleidungsstücke integrierten Sensoren oder Sensorfelder realisiert werden:

  • – Über mindestens zwei Sensorfelder 31, 32, 33, die in die Steuereinrichtung – Lenkrad, Schaltknüppel – eines Fahrzeugs 30, wie in 9 gezeigt, oder sonstigen Anlagen-Leitstandes integriert sind, wobei die Fahrzeug/Anlagenelektrik 29 über eine Vorrichtung entweder direkt (engl. on board) eine Notfallprozedur (engl. fail-safe) auslöst oder über geeignete Kommunikationswege zur Alarmierung einer übergeordneten Leitstelle führt, können Pulssignale 3a aufgenommen werden,
  • – in langärmliger Unterwäsche oder Funktionswäsche 34 in 10 können mindestens zwei Sensorfelder 25, 26 und ein Transponder 20 vorgesehen sein,
  • – in einem Büstenhalter 35 in 11 können mit mindestens zwei Sensorfeldern 18, 19 zur EKG-Ableitung und einem Transponder 20 die Pulssignale 3a aufgenommen werden,
  • – in einem Trägershirt 36 in 12 können mindestens zwei Sensorfelder 27, 28 und ein Transponder 20 vorhanden sein,
  • – in einem T-Shirt 37 in 13 können sich mindestens zwei Sensorfelder 27, 28 und ein Transponder 20 befinden.
The recording of the pulse 3 The determination of the low and high frequency components can be realized with the following sensors or sensor fields integrated into vehicles or clothing:
  • - Over at least two sensor fields 31 . 32 . 33 in the control device - steering wheel, gear lever - of a vehicle 30 , as in 9 shown, or other plant control station are integrated, wherein the vehicle / electrical system 29 By means of a device either directly (English on board) an emergency procedure (fail-safe) triggers or via suitable communication channels for alerting a higher-level control center leads, pulse signals 3a to be recorded
  • - in long-sleeved underwear or functional underwear 34 in 10 can have at least two sensor fields 25 . 26 and a transponder 20 be provided,
  • - in a brassiere 35 in 11 can work with at least two sensor fields 18 . 19 for ECG derivation and a transponder 20 the pulse signals 3a to be recorded
  • - in a tank top 36 in 12 can have at least two sensor fields 27 . 28 and a transponder 20 to be available,
  • - in a T-shirt 37 in 13 can have at least two sensor fields 27 . 28 and a transponder 20 are located.

Weitere Pulsfrequenzaufnahmeverfahren können z.B. mit einer in der Druckschrift EP 1 330 981 A1 beschriebenen Vorrichtung am Kopf und/oder an der Stirn, einer in der Druckschrift DE 203 01 473 U1 beschriebenen Vorrichtung am Ohrläppchen, einer in der Druckschrift DE 196 32 361 A1 beschriebenen Vorrichtung an Brille sowie einer in der Druckschrift EP 0747003 B1 beschriebenen Vorrichtung am Brustkorb durchgeführt werden.Other pulse rate recording methods can eg with a in the document EP 1 330 981 A1 described device on the head and / or on the forehead, one in the document DE 203 01 473 U1 described device on the earlobe, one in the document DE 196 32 361 A1 Device described in glasses and one in the document EP 0747003 B1 described device are performed on the chest.

In 14 sind Einsatzmöglichkeiten der Stressanalyse bei der systematischen Vermeidung von „menschlichem Versagen" aufgrund von Stress-Überlastung bei Personen in verantwortungsvollen Tätigkeiten, z.B. Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben – BOS – 39 durch rechtzeitige Initiierung von Notfallprozeduren oder Notfallprotokollen 40 dargestellt. Im Fahrzeug- oder Anlagenbereich 41a, 41b können on board fail-safe-Lösungen unmittelbar automatisch implementierte Notfallprozeduren 40 auslösen, z.B. Zwangsbremsung, Reaktorabschaltung und Verhinderung eines Raketenabschusses. Autonom operierende Einsatzkräfte im BOS-Bereich 39, auf die keine Möglichkeit einer Einflussnahme durch automatisierte on board-fail-safe-Systeme besteht, werden im Rahmen ihrer Befehls- und Einsatzstruktur von übergeordnete Leitstellen 42a, 42b geführt. Rückmeldungen z.B. über überforderte Einheitsführer können in solchen Leitstellen 42a, 42b entsprechend taktisch verwertet werden. Die Kommunikationswege 43 können über Satellit 44, terrestrischen Funk 45 und/oder über Kabel 46 vorgegeben oder ausgewählt sein.In 14 are possible uses of stress analysis in the systematic avoidance of "human error" due to stress overload in persons in responsible activities, eg authorities and organizations with security tasks - BOS - 39 by timely initiation of emergency procedures or emergency protocols 40 shown. In the vehicle or plant area 41a . 41b On-board fail-safe solutions can immediately implement emergency procedures 40 trigger, eg emergency braking, reactor shutdown and prevention of rocket launch. Autonomously operating forces in the BOS area 39 which have no possibility of being influenced by automated on-board-fail-safe systems will, within the framework of their command and operational structure, be operated by higher-level control centers 42a . 42b guided. Feedback eg about overburdened unit leaders can be found in such control centers 42a . 42b be used tactically. The communication channels 43 can via satellite 44 , terrestrial radio 45 and / or via cable 46 be preset or selected.

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass aus dem erfindungsgemäßen Verfahren therapeutische Maßnahmen, z.B. Variation der Narkosetiefe, Epiduralanalgesie oder sonstige Verabreichung von Schmerzmitteln oder Medikamenten mit Wirkungen auf die Balance des autonomen Nervensystems abgeleitet werden können. Ein solch ermittelter Parameter V ergänzt das Überwachungsspektrum insbesondere beim Herzkranken entscheidend und dient der frühzeitigen Erkennung einer überschießenden, u.U. lebensgefährlichen Stressreaktion des Organismus und ermöglicht deren zeitnahe Abwehr.The Invention opened the possibility, that from the method according to the invention therapeutic measures, e.g. Variation of the depth of anesthesia, epidural analgesia or other Administration of painkillers or medications with effects on the balance of the autonomic nervous system can be derived. One such determined parameter V supplements the monitoring spectrum in particular crucial for the heart and serves the early detection of an excess, u.U. life-threatening Stress reaction of the organism and allows its timely defense.

Die Einführung des zeitnahen Parameters V in die Akutmedizin zur Bestimmung der aktuellen Balance des autonomen Nervensystems – vegetativer Stress – eröffnet erstmals die Möglichkeit, Stress frühzeitig zu erkennen, zu quantifizieren sowie eine gezielte zeitnahe Therapie von Folgeerscheinungen, bevor diese sich voll entwickelt haben, durchzuführen.The introduction of timely parameter V in acute medicine for the determination of current balance of the autonomic nervous system - vegetative stress - opens for the first time the possibility, Stress early to recognize, quantify and targeted timely therapy of sequelae before they have fully developed perform.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Einführung des zeitnahen Verfahrens zur Stresskontrolle in die Akutmedizin erstmals die Möglichkeit eröffnet, Stress frühzeitig zu erkennen, objektiv und unabhängig von Untersuchtem und Untersucher zu quantifizieren sowie eine gezielte frühzeitige Therapie einzuleiten, bevor sich Folgeerscheinungen des vegetativen Stresses wie z.B. Herzrasen, Durchblutungsstörungen, Herzinfarkt, Magengeschwüre manifestieren und sich negativ auswirken.The advantages of the invention are that the introduction of the timely procedure for stress control in acute medicine for the first time opens up the possibility to quantify stress early, to quantify objectively and independently of the examiner, and to initiate a targeted early therapy, before the consequences of vegetative stress such as tachycardia, circulatory disorders, heart attack , Gastric ulcers manifest and negatively impact.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die bisher durch Umcodierung des inäquidistanten Pulsrohsignals in ein äquidistantes Signal in Kauf genommene unkontrollierte Signalverzerrung und erlaubt zusätzlich eine Lokalisation von Schwingungsanteilen in Zeit und Frequenz bei höherer Zeitauflösung der sich schnell ändernden hohen Frequenzen sowie höherer Frequenzauflösung zwischen eng benachbarten niedrigen Frequenzanteilen. Dadurch wird die Genauigkeit im niedrigen Frequenzbereich gesteigert.The present invention avoids the hitherto by transcoding the inäquidistanten Pulse raw signal in an equidistant Signal accepted uncontrolled signal distortion and allowed additionally a localization of vibration components in time and frequency higher time resolution which is changing fast high frequencies as well as higher ones frequency resolution between closely adjacent low frequency components. This will increased accuracy in the low frequency range.

Die Umsetzung der komplexen Information aus dem Herzfrequenz- Energiespektrum in einen einzigen Zahlenwert steigert die klinische Handhabbarkeit.The Implementation of the complex information from the heart rate energy spectrum in a single numerical value increases the clinical manageability.

Das Verfahren bedient sich der Analyse von Rohsignalen, die ohnehin in der Akutmedizin erhoben werden, erfordert daher keine zusätzliche Belastung des Organismus. Grundsätzlich kann sie auch durch Laien angewendet werden oder auch als Komponente automatisierter Überwachungseinrichtungen, z.B. in Kraft- oder Schienenfahrzeugen mit einer Totmann-/fail-safe-Schaltung dienen.The Method uses the analysis of raw signals, anyway be collected in acute medicine, therefore, requires no additional Strain on the organism. in principle It can also be used by laymen or as a component automated monitoring equipment, e.g. in power or rail vehicles with a deadman / fail-safe circuit serve.

Die Bestimmung des Parameters V stellt eine Schlagidentifizierung dar, die für eine Stressanalyse ein einfaches, aber grundlegend erforderliches Element ist. Im Folgenden werden Möglichkeiten der Schlagidentifizierung angegeben.The Determination of the parameter V represents a strike identification the for stress analysis is a simple but essential requirement Element is. The following are ways of striking identification specified.

Die Schlagidentifizierung kann aus invasiv gemessenem Blutdrucksignal mit einer zusätzlichen Optimierung, z.B. einer Artefakteliminierung durch Verwendung eines Korrekturalgorithmus zur Eliminierung von Messfehlern in flüssigkeitsgefüllten Systemen erfolgen. Dabei kann eine Nutzung von Merkmalen der Blutdruckwelle, die robust sind gegen Wellenveränderungen durch Herzfrequenz, Gefäßwiderstand, Arrhythmien des Herzens vorgesehen werden.The Impact identification may be from invasively measured blood pressure signal with an additional optimization, e.g. an artifact elimination by using a correction algorithm to eliminate measurement errors in liquid-filled systems respectively. It may be a use of features of the blood pressure wave, they are robust against wave changes through heart rate, vascular resistance, Arrhythmias of the heart are provided.

Die Schlagidentifizierung kann aus elektrischen Potentialen an der Körperoberfläche erfolgen.The Impact identification can be made from electrical potentials on the body surface.

Die Schlagidentifizierung kann aus der Pulsoximetriekurve ermittelt werden.The Impact identification can be determined from the pulse oximetry curve become.

Die Schlagidentifizierung kann aus Atemgasen entwickelt werden.The Impact identification can be developed from respiratory gases.

Die Schlagidentifizierung kann aus Doppler oder anderen Flusssignalen entwickelt werden.The Impact identification may consist of Doppler or other flow signals be developed.

Die Schlagidentifizierung kann aus Impedanz-Signalen ermittelt werden.The Impact identification can be determined from impedance signals.

Es kann eine plethysmografische Schlagidentifizierung, incl. Reflexions- und Transmissionsplethysmografie mit verschiedenen Wellenlängen erfolgen.It can be a plethysmographic impact identification, incl. reflection and transmission plethysmography with different wavelengths.

Es kann eine sonografische Schlagidentifizierung, eine tonometrische Schlagidentifizierung sowie eine Schlagidentifizierung aus der Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Aufnahmemöglichkeiten erfolgen.It can be a sonographic strike identification, a tonometric Impact identification as well as impact identification from the combination of two or more of the aforementioned recording options take place.

Im Folgenden werden Anwendungsbeispiele des Parameters V beschrieben:

  • – Verlaufsbeurteilung des Stressniveaus und Therapiesteuerung bei Patienten in der Akutmedizin und Notfallmedizin, z.B. Herzinfarkt, wobei Schmerz- und Beruhigungsmedikamente ausreichend erscheinen,
  • – Intensivmedizin, wobei z.B. eine Betreuung von Patienten mit koronarer Herzkrankheit, Vorhersage und Vermeidung von Durchblutungsstörungen am Herzen durch angemessene Pharmakotherapie vorgesehen sind,
  • – Anästhesiologie während der Operationen mit einer Steuerung der Narkosetiefe und/oder einer Steuerung der Epiduralanalgesie und/oder einer Steuerung einer angemessene Pharmakotherapie, z.B. im Rahmen der Betreuung von Patienten mit Durchblutungsstörungen der Herzkranzgefäße,
  • – Vorhersage und Vermeidung von Durchblutungsstörungen am Herzen,
  • – Risikostratifizierung für Kreislaufunregelmäßigkeiten während anästhesiologischer intensivmedizinischer, operativer Maßnahmen oder sonstiger Manipulationen mit Auswirkungen auf das Stressniveau,
  • – Verlaufsbeurteilung des Stressniveaus und Therapiesteuerung bei Patienten in der Psycho- und Schmerztherapie sowie in der Kardiologie, Neurologie und bei Schlaflaboruntersuchungen.
  • – Anwendung als Rückkopplungsparameter zu einem Biofeedbacktraining als Entspannungstraining und in der Psychotherapie und im Wellnessbereich,
  • – Abschätzung der Erfolgschancen und Therapiekontrolle bei der gezielten Sympathikus-Ausschaltung, z.B. bei arterieller Verschlusskrankheit, bei einem komplexen regionalen Schmerzsyndrom, durch interventionelle Sympathikolysen, Regionalanästhesieverfahren, rückenmarknah und peripher,
  • – Diagnostik, Therapiesteuerung und Verlaufsbeurteilung bei kardiologischen Patienten, z.B. Bluthochdruck, Herzinsuffizienz,
  • – Beurteilung des Stressniveaus von Menschen in der Arbeitsmedizin, Stress am Arbeitsplatz,
  • – Identifikation von Auslösefaktoren und Verlaufskontrolle Evaluierung der Stressfolgen am Arbeitsplatz im Sinne der Qualitätssicherung,
  • – Primär- und Sekundärprävention von Herzerkrankungen im Rahmen von regulären Vorsorgeuntersuchungen
  • – dauerhafte Überwachung z.B. Herzkranker zu Hause mit der Möglichkeit z.B. automatisiert einen Hausnotruf zu aktivieren Sicherheit während verantwortungsvoller Tätigkeiten durch Einkopplung des Stressniveaus in automatische Sicherheitssysteme/Protokolle im Verkehr,
  • – Überwachung von Fahrzeugführern, z.B. für Landfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Luftfahrt, Raumfahrt (z.B. Abregelung der Fahrzeugleistung, Totmann-/fail-safe-Schaltung, Zwangsbremsung) Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (Kern-) Energie, Militär/Polizei/SEK, Rettungsdienst, Fluglotsen, Assessment, Eignungsprüfungen, Sportmedizin und
  • – Strafverfolgung/Forensische Medizin, Drogenkonsum – Alkohol, Nikotin, illegale Drogen –, Lügendetektor.
In the following, application examples of the parameter V are described:
  • - Assessment of the stress level and therapy control in patients in acute and emergency medicine, eg cardiac infarction, where pain relievers and tranquilizers seem sufficient,
  • - Intensive care, for example providing care for patients with coronary heart disease, predicting and avoiding circulatory disorders in the heart through appropriate pharmacotherapy,
  • Anesthesiology during operations with control of depth of anesthesia and / or control of epidural analgesia and / or control of adequate pharmacotherapy, eg in the care of patients with circulatory disorders of the coronary arteries,
  • - Prediction and prevention of circulatory disorders in the heart,
  • - risk stratification for circulatory irregularities during anesthesia intensive care, surgical or other manipulations with effects on the stress level,
  • - Progress assessment of stress levels and therapy control in patients in psychotherapy, pain management, cardiology, neurology and sleep laboratory examinations.
  • Use as a feedback parameter for biofeedback training as relaxation training and in psychotherapy and wellness,
  • - Assessment of the chances of success and therapy control in the targeted exclusion of sympathetic nervous system, eg in the case of arterial occlusive disease, in a complex regional pain syndrome, by interventional sympathy, regional anesthesia procedures, spinal cord and peripheral,
  • - diagnostics, therapy control and follow-up assessment in cardiac patients, eg hypertension, heart failure,
  • - Assessment of the stress levels of people in occupational medicine, stress at work,
  • - Identification of trigger factors and progress control Evaluation of the stress consequences at the workplace in terms of quality assurance,
  • - Primary and secondary prevention of heart disease as part of regular preventive care
  • - permanent monitoring eg heart disease at home with the possibility eg to automatically activate a home emergency call security during responsible activities by coupling the stress level into automatic safety systems / protocols in traffic,
  • - Monitoring of vehicle drivers, eg for land vehicles, rail vehicles, watercraft, aviation, space travel (eg reduction of vehicle performance, dead man / fail-safe circuit, emergency braking) Authorities and organizations with security tasks (nuclear) energy, military / police / SEK, Rescue service, air traffic controllers, assessment, aptitude tests, sports medicine and
  • - Law enforcement / Forensic medicine, drug use - alcohol, nicotine, illegal drugs, polygraph.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im gleichen Maße auch bei Tieren eingesetzt werden.The inventive method can be the same degree also be used in animals.

11
Patientpatient
22
Einrichtung zur HerzschlagmessungFacility for heart rate measurement
33
PulsPulse
3a3a
Pulssignalpulse signal
44
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
55
Schlagidentifizierungs- und ErfassungseinheitSchlagidentifizierungs- and detection unit
66
Korrektureinheitcorrection unit
77
Recheneinheitcomputer unit
88th
Ausgabeeinheitoutput unit
99
HerzfrequenzsignalHeart rate signal
1010
Kanülecannula
1111
Schläuchehoses
1212
Monitoringsystemmonitoring system
1313
Elektrodenelectrodes
1414
pulsoxymetrische Signalepulse oximetry signals
1515
Narkose-/-beatmungsgerätAnesthesia - / - ventilator
1616
Anästhesistanesthetist
1717
Operateursurgeon
1818
Sensorfeldsensor field
1919
Sensorfeldsensor field
2020
Transpondertransponder
2121
Druckwandlerpressure transducer
2222
EKGECG
2323
PulsoxymetrieeinrichtungPulsoxymetrieeinrichtung
2424
HerzschlagsignaleHeartbeats
2525
Sensorfeldsensor field
2626
Sensorfeldsensor field
2727
Sensorfeldsensor field
2828
Sensorfeldsensor field
2929
Fahrzeug-/AnlagenelektrikVehicle / system electrics
3030
Fahrzeugvehicle
3131
Sensorfeldsensor field
3232
Sensorfeldsensor field
3333
Sensorfeldsensor field
3434
Funktionswäschefunctional underwear
3535
Büstenhalterbra
3636
TrägershirtTank Top
3737
T-ShirtT-shirt
3838
Herzfrequenz-EnergiespektrumHeart rate energy spectrum
38a38a
Gipfel der spektralen Energie im Hochfrequenzbandsummit the spectral energy in the high-frequency band
38b38b
Gipfel der spektralen Energie im Niederfrequenzbandsummit the spectral energy in the low frequency band
3939
Behörden und Organisation mit SicherheitsaufgabenAuthorities and Organization with security tasks
4040
Notfallprotokoll/-ProzedurEmergency protocol / procedure
41a41a
Notfall-Prozedur-Lösung in Industrie und EnergieEmergency procedure solution in Industry and energy
41b41b
Notfall-Prozedur-Lösung im VerkehrEmergency procedure solution in the traffic
42a42a
globale Leitstelleglobal control center
42b42b
lokale Leitstellelocal control center
4343
Kommunikationswegecommunication channels
4444
Satellitsatellite
4545
terrestrischer Funkterrestrial Wireless
4646
Kabelelectric wire
VV
Parameterparameter
SS
Stressniveaustress level
1.11.1
schlagidentifizierender Punkt der R-Zacke im EKGidentifying impact Point of the R-wave in the ECG
2.32.3
schlagidentifizierender Punkt des lokalen Minimumsidentifying impact Point of the local minimum
3.33.3
schlagidentifizierender Punkt des lokalen Minimumsidentifying impact Point of the local minimum
2.22.2
schlagidentifizierender Punkt des lokalen Maximumsidentifying impact Point of the local maximum
3.33.3
schlagidentifizierender Punkt des lokalen Maximumsidentifying impact Point of the local maximum
tt
ZeitTime
dtdt
Abstand zweier vorgegebener Kurvenextrempunktedistance two predetermined curve extremes

Claims (27)

Verfahren zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus unter Aufnahme von Herzschlag-Rohsignalen auf der Grundlage vorhandener Routinesensorik von Pulssignalen, dadurch gekennzeichnet, dass Schwingungsanteile eines inäquidistanten Herzfrequenz-Rohsignals sowohl in Zeit als auch Frequenz lokalisiert und anschließend prozessiert und in einen das vegetative Stressniveau S bestimmenden Parameter V umgesetzt werden, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: – Aufnahme eines Herzschlagsignals, das mit einer Aufnahmerate zwischen 20 und 1000 Hz in einer Kurve erfasst wird, – Bestimmung eines schlagidentifizierenden Punktes auf der Kurve, – Umsetzung in ein eindimensionales inäquidistantes Herzfrequenz-Rohsignal, – schrittweise Abtastung des eindimensionalen inäquidistanten Herzfrequenz-Rohsignals mit unterschiedlichen Skalierungen und Translationen eines Mutter-Wavelets, – Umsetzung der so erhaltenen vollständigen Information in ein Herzfrequenz-Energiespektrum (38), – Zerlegung des Herzfrequenz-Energiespektrums (38) in einzelne Gipfel (38a, 38b), – Quantifizierung der verschiedenen Energiegipfel (38a, 38b) durch Integration und/oder nach maximalem Energiegehalt, – Zuordnung von durch Energiegipfel (38a, 38b) repräsentierten Varianzanteilen LF, HF zu vorgegebenen Frequenzbändern innerhalb eines Zeitfensters, – Zuordnung von innerhalb des gleichen Zeitfensters auftretenden Varianzanteilen im niedrigen Frequenzband LF zu Varianzanteilen im hohen Frequenzband HF, – Ermittlung und Ausgabe des Parameters V als Funktion der Varianzanteile LF des niedrigen Frequenzbandes und den Varianzanteilen HF des hohen Frequenzbandes.Method for the quantification of vegetative stress levels by recording heartbeat raw signals on the basis of existing routine sensors of pulse signals, characterized in that vibration components of an equidistant heart rate raw signal in both time and frequency localized and then processed and in a vegetative stress level S determining parameter V be implemented, wherein the following steps are performed: - Recording a heartbeat signal, which with a Recording rate between 20 and 1000 Hz is recorded in a curve, - determination of a beat-identifying point on the curve, - conversion into a one-dimensional equidistant heart rate raw signal, - stepwise sampling of the one-dimensional equidistant heart rate raw signal with different scaling and translations of a mother wavelet, Conversion of the thus obtained complete information into a heart rate energy spectrum ( 38 ), - decomposition of the heart rate energy spectrum ( 38 ) into individual peaks ( 38a . 38b ), - Quantification of the various energy summits ( 38a . 38b ) by integration and / or by maximum energy content, - assignment by energy summit ( 38a . 38b Variance components LF, HF at predetermined frequency bands within a time window, assignment of variance components occurring within the same time window in the low frequency band LF to variance components in the high frequency band HF, determination and output of the parameter V as a function of the variance components LF of the low frequency band and Variance components HF of the high frequency band. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Frequenzbänder – ein niedriges Frequenzband LF (engl. low frequency) bei 0,04–0,15 Hz und – ein hohes Frequenzband HF (engl. high frequency) mit ≥ 0,15 Hz festgelegt werden.Method according to claim 1, characterized, that as given frequency bands - a low one Frequency band LF (low frequency) at 0.04-0.15 Hz and - a high Frequency band HF (high frequency) with ≥ 0.15 Hz be determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung eines robusten, extremalen schlagidentifizierenden Punktes der Kurve im Falle pulsabhängiger Signale, wie in der Plethysmografie, Pulsoximetrie, durch eine Artefakteliminierung begleitet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the determination of a robust, extremist shock-identifying Point of the curve in the case of pulse-dependent signals, as in plethysmography, Pulse oximetry, accompanied by an artifact elimination. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des robusten schlagidentifizierenden Punktes der Kurve beim Elektrokardiogramm jeweils anhand der einzelnen R-Zacken (1.1) durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized in that the determination of the robust impact identifying point of the curve in the electrocardiogram is in each case based on the individual R waves ( 1.1 ) is carried out. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des robusten schlagidentifizierenden Punktes der Kurve beim QRS-Komplex sowie bei Pulsauf zeichnungsverfahren in Form von Druckmessung in Blutgefäßen, Pulsoyxmetrie, Plethysmografie, Tonometrie, Sonografie, Doppler-, Impedanz- und sonstige Pulsmessverfahren entweder anhand des lokalen Minimums (2.3, 3.3) innerhalb der negativen Halbwelle, des lokalen Maximums (2.2, 3.2) oder des Wendepunktes der bandpassgefilterten Signale der einzelnen Impulse in den Messkurven durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized in that the determination of the robust impact identifying point of the curve in the QRS complex as well as pulse recording methods in the form of pressure measurement in blood vessels, pulse osmometry, plethysmography, tonometry, sonography, Doppler, impedance and other pulse measurement either based on the local minimum ( 2.3 . 3.3 ) within the negative half wave, the local maximum ( 2.2 . 3.2 ) or the inflection point of the bandpass filtered signals of the individual pulses in the measured curves. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das inäquidistante Herzfrequenz-Rohsignal aus dem Elektrokardiogramm abgeleitet wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the equidistant Heart rate raw signal is derived from the electrocardiogram. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung eines Maßes für jeweiligen Varianzanteil anhand des Maximums der zugehörigen Gipfel (38a, 38b) des Herzfrequenz-Energiespektrums (38) durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized in that the determination of a measure for the respective variance component is based on the maximum of the associated peaks ( 38a . 38b ) of the heart rate energy spectrum ( 38 ) is carried out. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Gipfel (38a, 38b) zu vorgegebenen abgegrenzten Frequenzbereichen im niedrigen Frequenzband bei 0,04–0,15 Hz sowie im Hochfrequenzband bei ≥ 0,15 Hz in Form ihrer Varianzanteile HF und LF durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized in that the assignment of the peaks ( 38a . 38b ) is performed at predetermined demarcated frequency ranges in the low frequency band at 0.04-0.15 Hz and in the high frequency band at ≥ 0.15 Hz in the form of their variance components HF and LF. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammenfassung der Maße der Varianzanteile getrennt nach Frequenzbändern durch Summation zu Varianzen LF und HF erfolgt, wobei die Varianzen LF, HF die jeweiligen Frequenzanteile darstellen. Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a summary of the measures of variance shares separated according to frequency bands by summation to variances LF and HF, where the variances LF, HF represent the respective frequency components. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Herzfrequenzsignals eine Schlagidentifizierung einschließt, die für eine Stressanalyse ein einfaches, aber grundlegend erforderliches Element ist.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the determination of the heart rate signal a Includes strike identification, the for stress analysis is a simple but essential requirement Element is. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des finalen Parameters V als Summe von Varianzen verschiedener Frequenzbänder mit den Varianzanteilen LF im niedrigen Frequenzband und den Varianzanteilen HF im hohen Frequenzband durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the determination of the final parameter V as Sum of variances of different frequency bands with the variance components LF in the low frequency band and the variance components HF in the high band Frequency band is performed. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des finalen Parameters V als Verhältniszahl von Varianzen verschiedener Frequenzbänder nach V = LF/HF mit den Varianzanteilen LF im niedrigen Frequenzband und den Varianzanteilen HF im hohen Frequenzband durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the determination of the final parameter V as aspect ratio of variances of different frequency bands to V = LF / HF with the Variance components LF in the low frequency band and the variance components HF is performed in the high frequency band. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter V zwischen den Varianzanteilen LF im niedrigen Frequenzband und den Varianzanteilen HF im hohen Frequenzband die Balance des vegetativen Nervensystems widerspiegelt, wobei je größer das Verhältnis LF/HF ist, desto größer der vegetative Stress ist.Method according to any preceding claim, characterized in that the parameter V between the variance components LF in the low frequency band and the variance components HF in the high frequency band the balance of the autonomic nerve system, the larger the ratio LF / HF, the greater is the vegetative stress. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlagidentifizierung aus invasiv gemessenem Blutdrucksignal mit einer zusätzlichen Optimierung, z.B. einer Artefakteliminierung durch Verwendung eines Korrekturalgorithmus zur Eliminierung von Messfehlern in flüssigkeitsgefüllten Systemen erfolgt.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a stroke identification from invasively measured Blood pressure signal with an additional Optimization, e.g. Artifact elimination by using a Correction algorithm for the elimination of measurement errors in liquid-filled systems he follows. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Pulswellenveränderungen durch die Herzfrequenz selbst oder durch den Gefäßwiderstand mittels geeigneter Maßnahmen erkannt und korrigiert werden und somit die hierdurch verursachten Störungen des Herzfrequenz-Energiespektrums reduziert und somit die Analysequalität erheblich verbessert werden.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that pulse wave changes by the heart rate itself or through the vascular resistance by means of suitable measures be recognized and corrected and thus the thereby caused disorders of the heart rate energy spectrum reduced and thus the quality of the analysis can be significantly improved. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass abnorme Herzschläge, z.B. Arrhythmien und/oder Extrasystolen erkannt werden, wobei die Erkennung eine Voraussetzung dafür ist, mindestens einen Vorgang einzubinden, der die hierdurch verursachten Störungen des Herzfrequenz-Energiespektrums (38) eliminiert und somit die Analysequalität erheblich verbessert, was durch eine abschnittsweise Analyse des Herzfrequenzsignals (9) oder durch die Entwicklung eines die Störung beschreibenden, mathematischen Modells zur Berechnung der Korrekturdaten erreicht wird.Method according to any preceding claim, characterized in that abnormal heart beats, eg arrhythmias and / or extrasystoles are detected, the recognition being a prerequisite for incorporating at least one procedure which determines the disturbances of the heart rate energy spectrum ( 38 ) and thus significantly improves the analysis quality, which is achieved by a section-by-section analysis of the heart rate signal ( 9 ) or by developing a mathematical model describing the disturbance for calculating the correction data. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlagidentifizierung aus elektrischen Potentialen an der Körperoberfläche erfolgt.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a strike identification from electrical Potentials on the body surface takes place. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlagidentifizierung aus der Pulsoxymetriekurve ermittelt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a beat identification from the pulse oximetry curve is determined. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlagidentifizierung aus Atemgasen entwickelt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a strike identification developed from respiratory gases becomes. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlagidentifizierung aus Doppler oder anderen Flusssignalen entwickelt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a strike identification of Doppler or other flow signals is developed. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlagidentifizierung aus Impedanz-Signalen ermittelt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a strike identification of impedance signals is determined. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine plethysmografische Schlagidentifizierung, incl. Reflexions- und Transmissionsplethysmografie mit verschiedenen Wellenlängen durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that a plethysmographic impact identification, Including reflection and transmission plethysmography with different wavelength carried out becomes. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine sonografische Schlagidentifizierung oder eine tonometrische Schlagidentifizierung oder eine Schlagidentifizierung aus der Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Signal-Aufnahmemöglichkeiten durchgeführt werden.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that an sonographic strike identification or a tonometric strike identification or strike identification the combination of two or more of the aforementioned signal recording options carried out become. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten Werten oder Bereichen Vk, Ve, V0, V1, V2 des Parameters V zugeordnete Werte oder Bereiche Sk, Se, S0, S1, S2 des vegetativen Stressniveaus S bestimmt und ausgegeben werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that values or ranges S k , S e , S 0 , S 1 , S associated with the determined values or ranges V k , V e , V 0 , V 1 , V 2 of the parameter V are assigned 2 of the vegetative stress level S are determined and output. Einrichtung zur Quantifizierung von vegetativen Stressniveaus unter Aufnahme von Herzschlag-Rohsignalen auf der Grundlage vorhandener Routinesensorik von Pulssignalen nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Einheiten vorhanden sind: – eine Einrichtung (2; 21, 22, 23, 24) zur Herzschlagmessung, – ein Analog-Digital-Wandler (4), der mit der Einrichtung (2; 21, 22, 23, 24) zur Herzschlagmessung in Verbindung steht und an den der gemessene Herzschlag/Puls (3) in Form eines Herzschlagsignals (3a) signaltechnisch geführt wird, – eine Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit (5), die dem Analog-Digital-Wandler (4) verbunden nachgeordnet ist und aus dem Herzschlagsignal (3a) ein Herzfrequenzsignal (9) erzeugt, – eine Recheneinheit (7), die der Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit (5) nachgeschaltet ist und aus dem Herzfrequenzsignal (9) über den Zwischenschritt eines Herzfrequenz-Energiespektrums (38) einen oder mehrere Messwerte bereitstellt, – eine Ausgabeeinheit (8, 12), die der Recheneinheit (7) ausgangsseitig zur Ausgabe der zeitnahen Parameter v und/oder der zugehörigen Stressniveaus S nachgeordnet ist, wobei die Kombination aller Baugruppen (2, 4, 5, 6, 7, 8) eine Einrichtung zur Bestimmung eines oder mehrerer das vegetative Stressniveau S festlegender Parameter V darstellt.Device for the quantification of vegetative stress levels taking up heartbeat raw signals on the basis of existing routine sensor system of pulse signals according to any preceding claim, characterized in that the following units are present: 2 ; 21 . 22 . 23 . 24 ) for heart rate measurement, - an analog-to-digital converter ( 4 ), with the facility ( 2 ; 21 . 22 . 23 . 24 ) is connected to the heart rate measurement and to which the measured heartbeat / pulse ( 3 ) in the form of a heartbeat signal ( 3a ) is signaled, - a strike identification and detection unit ( 5 ), the analog-to-digital converter ( 4 ) is connected downstream and from the heartbeat signal ( 3a ) a heart rate signal ( 9 ), - an arithmetic unit ( 7 ), the impact identification and detection unit ( 5 ) and from the heart rate signal ( 9 ) about the intermediate step of a heart rate energy spectrum ( 38 ) provides one or more measured values, - an output unit ( 8th . 12 ), the arithmetic unit ( 7 ) downstream of the output of the timely parameters v and / or the associated stress levels S, wherein the combination of all assemblies ( 2 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) represents a device for determining one or more parameters V defining the vegetative stress level S. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Analog-Digital-Wandler (4) und der Schlagidentifizierungs- und Erfassungseinheit (5) eine Korrektureinheit (6) eingeschaltet ist.Device according to any preceding claim, characterized in that between the analog-to-digital converter ( 4 ) and the impact identification and detection unit ( 5 ) a correction unit ( 6 ) is turned on. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2, 34, 35, 36, 37, 29) zur Herzschlagmessung mit zugehörigen Sensoren oder Sensorfeldern (25, 26; 18, 19; 27, 28; 31, 32) und Transpondern (20) oder Übertragungseinrichtungen/Steuereinrichtungen versehen ist. Hierzu 10 Blatt ZeichnungenDevice according to any preceding claim, characterized in that the device ( 2 . 34 . 35 . 36 . 37 . 29 ) for heart rate measurement with associated sensors or sensor fields ( 25 . 26 ; 18 . 19; 27 . 28 ; 31 . 32 ) and transponders ( 20 ) or transmission equipment / control devices. For this 10 Sheet drawings
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011012947A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Nellcor Puritan Bennett Ireland Systems and methods for non-invasive determination of blood pressure
EP2316340A1 (en) 2009-10-27 2011-05-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V. Signal recording device for recording a difference signal for the electrical measurement of a vital parameter of a living being, electrode assembly and method
DE202012001096U1 (en) 2012-02-03 2012-03-08 automation & software Günther Tausch GmbH Device for carrying out driver status analyzes
WO2013076018A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 Zf Friedrichshafen Ag Detection of vital parameters by means of an optical sensor on the steering wheel
DE102012002037A1 (en) 2012-02-03 2013-08-08 automation & software Günther Tausch GmbH Device for analyzing state e.g. health of driver, has processing module to analyze time-and-frequency-domain HRV parameters in digital signal to display stress state and activity of nervous system of driver on traffic light system
DE102012203197A1 (en) * 2012-03-01 2013-09-05 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for controlling a process
DE102014206678A1 (en) * 2014-04-07 2015-10-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Continuous blood pressure measurement by drivers

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10233149A1 (en) * 2002-07-22 2004-02-12 Ganimed Gmbh Electronic measurement instrument for detection of heart conditions, especially vestibule or heart flutter, comprises microcontroller and algorithm stored in ROM for pulse signal analysis
US20040111033A1 (en) * 2002-04-11 2004-06-10 Harry Oung Method and apparatus for monitoring the autonomic nervous system using non-stationary spectral analysis of heart rate and respiratory activity

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040111033A1 (en) * 2002-04-11 2004-06-10 Harry Oung Method and apparatus for monitoring the autonomic nervous system using non-stationary spectral analysis of heart rate and respiratory activity
DE10233149A1 (en) * 2002-07-22 2004-02-12 Ganimed Gmbh Electronic measurement instrument for detection of heart conditions, especially vestibule or heart flutter, comprises microcontroller and algorithm stored in ROM for pulse signal analysis

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Malliani, "Principles of Cardiovascular Neural Regulation in Health and Disease", 2000, S.69-75, ISBN 0-7923-7775-3 *
Paris et.al., " Bedeutung der Herzfrequenzvaria- bilität in der Anästhesie", Anästhesiologie & In- tensivmedizin, 2001, 42, S.711 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8628477B2 (en) 2009-07-31 2014-01-14 Nellcor Puritan Bennett Ireland Systems and methods for non-invasive determination of blood pressure
WO2011012947A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Nellcor Puritan Bennett Ireland Systems and methods for non-invasive determination of blood pressure
EP2316340A1 (en) 2009-10-27 2011-05-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V. Signal recording device for recording a difference signal for the electrical measurement of a vital parameter of a living being, electrode assembly and method
DE102009050755A1 (en) 2009-10-27 2011-05-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Signal acquisition device for detecting a difference signal for an electrical measurement of a vital parameter of a living being, electrode assembly and method
EP2457511A1 (en) 2009-10-27 2012-05-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Signal recording device for recording a difference signal for the electrical measurement of a vital parameter of a living being, electrode assembly and method
US8847769B2 (en) 2009-10-27 2014-09-30 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Signal detecting device for detecting a difference signal for an electrical measurement of a vital parameter of a living being
WO2013076018A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 Zf Friedrichshafen Ag Detection of vital parameters by means of an optical sensor on the steering wheel
US9820685B2 (en) 2011-11-21 2017-11-21 Zf Friedrichshafen Ag Measurement device to capture vital parameters
DE202012001096U1 (en) 2012-02-03 2012-03-08 automation & software Günther Tausch GmbH Device for carrying out driver status analyzes
DE102012002037B4 (en) * 2012-02-03 2015-03-05 automation & software Günther Tausch GmbH Device for carrying out driver status analyzes
DE102012002037A1 (en) 2012-02-03 2013-08-08 automation & software Günther Tausch GmbH Device for analyzing state e.g. health of driver, has processing module to analyze time-and-frequency-domain HRV parameters in digital signal to display stress state and activity of nervous system of driver on traffic light system
DE102012203197A1 (en) * 2012-03-01 2013-09-05 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for controlling a process
DE102014206678A1 (en) * 2014-04-07 2015-10-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Continuous blood pressure measurement by drivers

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